軟巖硐室通道掘進圍巖控制技術研究

宋星星

（山西陽煤五礦，山西 陽泉 045209）

1 概況

陽煤五礦副井南翼中央軌道大巷硐室通道掘進從7805運輸巷開口，與7805運輸巷呈138°30′21″。中央軌道大巷硐室通道掘進段圍巖以泥巖、白色粗粒砂巖為主，抗壓強度低，承載能力較差，屬于破碎性、遇水膨脹性軟巖巷道。

中央軌道大巷硐室通道掘進時巷道斷面設計為半圓拱形，掘進寬5.5m，高4.25m，直墻高度1.5m。巷道全長122m，其中彎曲巷道21.2m，直巷道100.8m。

2 原支護形式和存在的問題

（1）原支護形式

中央軌道大巷硐室通道采用錨桿、錨索加金屬網支護。巷道拱部支護：桿體長2.4m，采用麻花鋼錨桿，桿體尾部帶有M24螺紋。打直徑為Ф30mm的錨桿眼，使用MSK2335一支錨固劑，錨固長度達到1000mm，錨固力120kN。W鋼護板規格：280×5×450mm（寬×厚×長）。錨桿配件：錨桿螺母（M24×3）、調心球墊、尼龍墊圈、拱型托盤，承載能力≥20t。錨桿角度：全部垂直頂板打設。錨桿預緊扭矩：≥300N·m，不得超過450N·m。網片規格：采用5400×1200mm的經緯金屬網護頂，其中每個網孔規格為50×50mm。錨桿布置：一排打9根錨桿，每一排錨桿之間的間距為1.0m，排與排錨桿的間距為1.3m。錨索形式與規格：錨索為Ф18.9×6300mm，其中采用的高強度鋼絞線為1×7股低松馳預應力型，打直徑Ф28mm的錨索眼分別使用MSK2335、MSZ2360樹脂藥卷各一支，錨固到1500mm。錨索托盤：可調心托板（300×300×16mm）及配套鎖具。承載能力不低于30t。錨索布置：錨索打設在巷道正中，錨索排距為1.3m。錨索預張力200kN。

巷道兩幫：Φ20×2400mm麻花鋼錨桿配金屬網支護；頂板往下第1根錨桿距凈頂板0.25m打注，其余錨桿間距0.95m，錨桿排距0.90m，每幫布置4根錨桿。桿體長2.4m，采用麻花鋼錨桿，桿體尾部帶有M24螺紋。打直徑為Φ30mm的錨桿眼，使用MSK2335一支錨固劑，錨固長度達到1000mm，錨固力120kN。W鋼護板規格：280×5×450mm（寬×厚×長）。錨桿配件：錨桿螺母（M24×3）、調心球墊、尼龍墊圈、拱型托盤，承載能力≥20t。錨桿角度：全部垂直巷幫打設。錨桿預緊扭矩：≥300N·m，不得超過450N·m。網片規格：采用3000×1200mm的經緯金屬網護幫，其中每個網孔規格為50×50mm。錨桿布置：錨桿排距1.3m，拱基線往下每側布置2根錨桿，間距1.0m。

（2）存在問題

中央軌道大巷硐室通道掘進10d，巷道圍巖變形嚴重，根據井下實地觀測，頂底板最大下沉量可達450mm，部分頂板錨桿被拉斷失效。兩幫出現明顯擠壓變形，最大移近量可到550mm。

為了保證中央軌道大巷硐室通道安全掘進，需要對中央軌道大巷硐室通道進行錨桿、錨索支護參數的優化設計。

3 軟巖硐室通道支護參數優化

中央軌道大巷硐室通道采用樹脂加長錨固強力錨桿錨索組合支護系統。圖1為軟巖硐室通道錨桿、錨索布置圖。具體的拱部和巷幫優化支護參數如下：

（1）拱部支護

錨桿形式、規格及錨固方式：桿體長2.4m，采用500號鋼制作的左旋無縱筋螺紋鋼筋（22#），桿體尾部帶有M24螺紋。打直徑為Ф30mm的錨桿眼，使用MSK2335、MSZ2360各一支錨固劑，加長錨固長度達到1300mm，錨固力200kN。W鋼護板規格：280×5×450mm（寬×厚×長）。錨桿配件：錨桿螺母（M24×3）、調心球墊、尼龍墊圈、拱型托盤均采用高強度型號，承載能力≥30t。錨桿角度：全部垂直頂板打設。錨桿預緊扭矩：≥400N·m，不得超過550N·m。網片規格：采用5400×1200mm的經緯金屬網護頂，其中每個網孔規格為50×50mm。錨桿布置：一排打9根錨桿，每一排錨桿之間的間距為0.9m，排與排錨桿的間距為1.2m。錨索形式與規格：錨索為Ф18.9×6300mm，其中采用的高強度鋼絞線為1×7股低松馳預應力型，樹脂加長錨固，打直徑Ф28mm的錨索眼分別使用MSK2335、MSZ2360樹脂藥卷一支和兩支，加長錨固到1800mm。錨索托盤：可調心托板（300×300×16mm高強度型）及配套鎖具。承載能力不低于40t。錨索布置：錨索打設在巷道正中，錨索排距為1.2m。錨索預張力250kN。

（2）巷幫支護

巷幫寬5.5m，直強高1.5m。錨桿形式、規格及錨固方式：桿體長2.4m，采用500號鋼制作的左旋無縱筋螺紋鋼筋（22#），桿體尾部帶有M24螺紋。打直徑為Ф30mm的錨桿眼，使用MSK2335、MSZ2360各一支錨固劑，加長錨固長度達到1300mm，錨固力200kN。W鋼護板規格：280×5×450mm（寬×厚×長）。錨桿配件：錨桿螺母（M24×3）、調心球墊、尼龍墊圈、拱型托盤均采用高強度型號，承載能力≥30t。錨桿角度：全部垂直巷幫打設。錨桿預緊扭矩：≥400N·m，不得超過550N·m。網片規格：采用3000×1200mm的經緯金屬網護幫，其中每個網孔規格為50×50mm。錨桿布置：錨桿排距1.2m，拱基線往下每側布置2根錨桿，間距0.9m。

（3）表面噴漿加固

噴射混凝土（強度是C20）配比為:水泥:砂子:石子=1:2:2。水灰比為0.4～0.5。對軟巖硐室通道噴漿厚度為150mm，剛開始噴射混凝土厚度是50～70mm，且要及時進行復噴，進行復噴時間間隔不能超過2h。

圖1 軟巖硐室通道錨桿、錨索布置圖

4 支護效果監測分析

為了檢驗軟巖巷道掘進支護后的效果，沿軌道大巷硐室通道每60m布置一個觀測點，監測軟巖硐室通道圍巖兩幫移近量和頂底板移近量，監測頻率為2d一次，監測時間為75d。圖2為軟巖巷道圍巖位移量及變形速率圖。由圖2可以看出，軟巖硐室通道在掘進前15d變形速度較大，兩幫圍巖移近速度約為8mm/d，頂底板圍巖移近速度約為5mm/d，隨著掘進后時間的增加，軟巖巷道變形速度開始在40d后逐漸趨于穩定，最終軟巖硐室通道圍巖兩幫圍巖移近量穩定在208mm左右，頂底板圍巖移近量穩定在189mm左右。

圖2 軟巖巷道圍巖位移量及變形速率